詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡觀測到迄今最遙遠(yuǎn)超新星

據(jù)愛爾蘭都柏林大學(xué)學(xué)院（UCD）研究與創(chuàng)新部門消息，一個(gè)國際天文學(xué)團(tuán)隊(duì)借助詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡（JWST），首次在宇宙早期成功確認(rèn)一顆極其遙遠(yuǎn)的超新星，為研究最初幾代恒星如何走向終結(jié)提供了前所未有的觀測窗口。 這顆超新星與一例伽馬射線暴事件相關(guān)，其距離之遠(yuǎn)、年代之早，都創(chuàng)下了同類觀測紀(jì)錄。

團(tuán)隊(duì)識別到的這次爆炸事件被命名為“GRB 250314A 伴隨的超新星 SN”，發(fā)生在宇宙誕生約7.3億年之后，處于所謂“再電離時(shí)代”——這是第一批恒星和星系陸續(xù)形成、點(diǎn)亮宇宙的關(guān)鍵時(shí)期。 觀測如此早期的一場大質(zhì)量恒星死亡事件，有助于研究者了解當(dāng)時(shí)的恒星形成與演化規(guī)律，并檢驗(yàn)關(guān)于早期恒星族群性質(zhì)的理論模型。

這項(xiàng)成果已發(fā)表于《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy & Astrophysics）期刊。事件最初由太空多波段可變天體監(jiān)測衛(wèi)星 SVOM 于2025年3月14日探測到，當(dāng)時(shí)表現(xiàn)為一次長時(shí)程伽馬射線暴（GRB），即一次強(qiáng)烈的高能閃光。 隨后，歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）開展后續(xù)觀測，證實(shí)這一源位于極端遙遠(yuǎn)的宇宙深處，為后續(xù)利用韋布望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行精細(xì)研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵突破來自事件發(fā)生約110天后進(jìn)行的韋布望遠(yuǎn)鏡近紅外相機(jī)（NIRCam）定向觀測。研究團(tuán)隊(duì)通過高靈敏度近紅外成像，從整體信號中區(qū)分出正在逐漸衰減的超新星余輝和其宿主星系本身微弱的星光，從而在宇宙早期清晰地確認(rèn)了一次恒星爆炸的存在。 這一步驟被認(rèn)為是建立“伽馬射線暴源于大質(zhì)量恒星死亡”這一聯(lián)系在高紅移宇宙中成立的關(guān)鍵證據(jù)。

論文合著者、UCD 物理學(xué)院天體物理學(xué)家安東尼奧·馬丁-卡里略博士指出，將伽馬射線暴與大質(zhì)量恒星死亡直接關(guān)聯(lián)的“確鑿證據(jù)”，就是在同一位置上檢測到隨時(shí)間演化的超新星信號。 他表示，以往天文學(xué)界研究的絕大多數(shù)超新星都發(fā)生在與地球相對較近的宇宙尺度上，只有極少數(shù)例外能夠推至高紅移，這次測得的超新星年齡一經(jīng)確認(rèn)，團(tuán)隊(duì)立即意識到這是難得的“時(shí)間窗口”，可以用來探測宇宙早期的環(huán)境以及當(dāng)時(shí)存在、并已死亡的恒星類型。

研究團(tuán)隊(duì)利用本地宇宙中已知“GRB 伴隨超新星”樣本構(gòu)建了輻射模型，預(yù)測在如此高紅移條件下超新星的可能亮度和光譜特征，并以此設(shè)計(jì)針對詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡的新觀測方案。 出乎研究者意料的是，模型與實(shí)際觀測結(jié)果高度吻合，這顆超新星在光度和譜特性上與本地宇宙的“原型”——1998年爆發(fā)的 SN 1998bw——非常相似。

數(shù)據(jù)分析顯示，這次遠(yuǎn)方爆炸事件無論在亮度還是譜線分布方面，都與典型的“GRB 關(guān)聯(lián)超新星”高度一致，而非更為明亮的“超亮超新星”（SLSN）一類。 這意味著，即便在金屬豐度極低、物理?xiàng)l件迥異的早期宇宙，這類導(dǎo)致伽馬射線暴的大質(zhì)量恒星，其終末爆發(fā)形態(tài)與今天在附近宇宙中觀測到的類似恒星并無顯著差異。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對長期以來的一個(gè)假設(shè)提出挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，在極低金屬豐度環(huán)境下形成的早期恒星，可能會產(chǎn)生更明亮、更偏藍(lán)的爆炸事件，與現(xiàn)代宇宙中的超新星顯著不同。 然而，GRB 250314A 所關(guān)聯(lián)的這次超新星顯示出出人意料的“相似性”，暗示恒星爆發(fā)的某些基本物理機(jī)制在數(shù)十億年間保持了高度統(tǒng)一。

盡管這一成果為理解宇宙早期恒星演化提供了重要“錨點(diǎn)”，也同時(shí)引出了新的疑問。例如，為何在物理環(huán)境差異如此顯著的時(shí)代，恒星死亡的可觀測特征仍與本地宇宙如此接近？ 研究團(tuán)隊(duì)指出，需要更多類似事件的樣本，才能系統(tǒng)檢驗(yàn)早期恒星群體的質(zhì)量分布、金屬豐度以及爆發(fā)機(jī)理是否存在細(xì)微但關(guān)鍵的差別。

為進(jìn)一步厘清這一超新星及其宿主星系的性質(zhì)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來一到兩年內(nèi)安排第二輪詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡觀測。 屆時(shí)，超新星的光度預(yù)計(jì)會再度衰減超過兩個(gè)星等，使研究者有機(jī)會更徹底剝離爆炸殘余的貢獻(xiàn)，精確刻畫這座極其遙遠(yuǎn)宿主星系的結(jié)構(gòu)和成分，并最終確認(rèn)超新星在整體信號中的貢獻(xiàn)比例。

編譯自/ScitechDaily